國內外地面數字電視技術分析與探討

朱 慶

(山西廣播電視無線管理中心，山西太原030001)

2011年12月經國際電信聯盟批準，我國具有自主知識產權的數字電視國家標準DTMB，正式成為繼美、歐、日之后的第四個數字電視國際標準，這是我國電視進軍國際市場又一大喜訊。電視作為一種最為廣泛的信息傳播媒體正迅速走進數字化時代，特別是基于無線傳輸的地面數字電視，更使移動數字電視成為可能，它被認為是數字多媒體技術及應用的一場革命，它不僅將刷新電視媒介的概念，更將極大地改變我們的生活方式，因而成為近年來技術及產業發展的熱點。

1 地面數字電視傳輸標準

數字電視是采用數字信號廣播圖像和聲音的新型電視系統，它從節目采編、壓縮、傳輸到接收電視節目的全過程都采用數字信號處理。如按信號傳輸方式可分為地面(無線)數字電視、衛星數字電視和有線數字電視三類，所以數字電視傳輸標準也包括三個標準:地面傳輸標準、衛星傳輸標準和有線傳輸標準。數字電視有線傳輸標準和衛星傳輸標準已經確定采用歐洲標準DVB-C和DVB-S，只有地面傳輸標準是采用擁有自主知識產權的自有國內標準，在提倡技術創新的大背景下，其意義尤為重要。按功能來分其系統由三大部分組成:信源部分、信道部分和信宿部分。其中，信源編碼部分包括信源(音頻/視頻)編碼器和復用器。信源編碼對視頻/音頻信號進行壓縮編碼，在一定壓縮率的前提下得到最高的解碼圖像質量，其信源部分的算法主要依照MPEG-2標準(或MPEG-4標準)(多聲道音頻編解碼還可依照杜比AC-3算法實現)，視頻編碼器的性能對整個DTV系統的圖像性能有決定性影響，而復用器可保證系統業務的靈活性和可擴展性，完成各種數字碼流的組合、調整以及提供與地面無線傳輸網絡相適配的接口。

信道傳輸部分的任務是在給定傳輸帶寬并考慮傳輸信道所存在的各種干擾的前提下，保證最大容量數據流的正確傳輸，它是一個相對于信源透明的數據碼流傳輸公共平臺，與所傳輸的數據內容無關。數字信號的編碼與調制方式決定了信道傳輸部分的主要性能，采用不同編碼與調制方式構成了各國數字電視地面傳輸標準的不同。目前，國際上共有四套成熟的數字電視地面傳輸標準，即:美國1996年高級電視系統委員會(ATSC)研發的“格形編碼八電平殘留邊帶”(8-VSB)，歐洲1997年提出的數字視頻地面廣播(DVB-T)采用編碼正交頻分復用(COFDM)，日本1999年提出的地面綜合業務數字廣播(ISDB-T)，中國2010年提出的地面數字電視多媒體廣播(DTMB).

1.1 美國ATSC 8-VSB系統

ATSC采用的8電平殘留邊帶調制方式，它是有導頻的單載波調制，也是對現有成熟AM調制技術的發展。它能夠可靠地在6 MHz內用8-VSB調制傳輸19.36 Mbps的數據。8-VSB系統加入了0.3 dB的導頻信號，用于輔助載波恢復，并加入了段同步信號，用于8-VSB系統同步。系統噪聲門限低(理論值≈14.9 dB)，抗多徑和抗干擾的能力依賴于復雜的自適應均衡器，但對回波時延變化很敏感。系統提供固定的接收，不支持移動接收。

1.2 歐洲DVB-T系統

歐洲DVB-T系統采用COFDM調制方式，把傳輸比特分割到數千計的低比特率副載波上(例如，2 k模式有1 705個載波;8 k模式有6 817個載波)。歐洲系統中放置了大量的導頻信號，穿插于數據之中，并以高于數據3 dB的功率發送。這些導頻信號完成系統同步、載波恢復、時鐘調整和信道估計。導頻信號數量多且散布在數據中，能夠較為及時地估計信道特性的變化。為進一步降低多徑效應造成的碼間干擾，歐洲系統又使用了“保護間隔”技術，以抵御多徑的影響。

1.3 日本ISDB-T系統

日本提出的“綜合業務數字廣播”即ISDB-T系統使用的編碼調制方式與DVB-T基本相同，可以說是經修改的歐洲方式，不同之處在于接收方面增加了部分接收和分層傳輸，將整個6 MHz頻帶劃分為13個子帶，每個子帶432 kHz，將中間一個用于傳輸音頻信號，并大大加長了交織深度(最長達0.5 s)，增加交織深度將引入長達幾百ms的延遲，該延遲將影響頻道切換和雙向業務。

1.4 中國的DTMB系統

中國的DTMB標準采用時、頻域綜合處理技術，支持高清、標清、固定和移動接收，抗多徑干擾能力強，支持單頻組網。自主原創的時域同步正交頻分復用(TDS-OFDM)調制技術，完全不同于DVB-T和ISDB-T的C-OFDM制式;同時在信號幀結構、前向糾錯技術等方面的自主創新，使得中國的DTMB標準具有比其他三個標準更優越的性能，具備頻譜效率高、覆蓋范圍大、移動性能好、捕獲信號快、多業務擴展性好等特性，具有完整的自主知識產權且由國家持有。

2 四種國際地面數字電視傳輸標準比較

(1)美國的ATSC標準采用時域處理技術，具備接收信噪比門限較低、頻譜利用率較高、功率峰均比較低的優勢;存在的最主要問題是不能有效抗強多徑和快速變化的動態多徑干擾，使得固定接收要求架設離地10 m高的定向天線，且不支持移動接收和單頻組網。

(2)歐洲的DVB-T標準采用頻域處理技術，支持高清、標清、固定和移動接收，抗多徑干擾能力強，支持單頻組網，已在60多個國家部署，是國際上應用最廣泛的標準。存在的最主要問題是接收信噪比門限要求較高、頻譜利用率較低。

(3)日本ISDB-T標準采用頻域處理技術，秉承了DVBT標準的基礎技術與系統架構，因而也繼承了DVB-T標準的優缺點，其后發優勢在于提高了系統的抗脈沖干擾能力，形成了頻譜分段傳輸與手機移動接收兩大特點。

(4)中國的DTMB標準采用時、頻域綜合處理技術，支持高清、標清、固定和移動接收，抗多徑干擾能力強，支持單頻組網。自主原創的時域同步正交頻分復用(TDS-OFDM)調制技術，完全不同于DVB-T和ISDB-T的C-OFDM制式;同時在信號幀結構、前向糾錯技術等方面的自主創新，使得中國的DTMB標準具有比其他三個標準更優越的性能，具備頻譜效率高、覆蓋范圍大、移動性能好、捕獲信號快、多業務擴展性好等特性，具有完整的自主知識產權且由國家持有。

3 國標DTMB技術特點和優勢

3.1 頻譜效率高

頻譜效率在多載波技術和單載波技術進行比較時曾被認為是多載波技術的弱點，DTMB的核心技術TDS-OFDM正是針對這個問題而開發的。在歐洲DVB-T中，用于同步和信道估計的導頻載波數量約占總載波數的10%左右，DTMB系統的偽隨機(PN)同步序列放在OFDM保護間隔中，既作為幀同步，又作為OFDM的保護間隔，因而提高了頻譜效率約有10%。

3.2 接收信噪比門限低

接收信噪比門限在多載波技術和單載波技術進行比較時曾被認為是多載波技術的弱點，DTMB是世界上第一個采用LDPC糾錯編碼技術的地面數字電視傳輸標準。它優越的糾錯性能使DTMB系統的接收信噪比門限優于DVB-T系統3 dB。

3.3 抗多徑干擾能力強

OFDM多載波系統和單載波系統相比，OFDM系統更具有抵抗多徑干擾的能力。DTMB的OFDM保護間隔中插入的是已知的PN序列，接收端很容易準確探測。通過準確探測的接收PN序列可以獲得更準確的信道估計，因而其抗多徑干擾能力更優于DVB-T。

3.4 移動接收性能好

移動接收時存在多普勒效應和遮擋干擾，使傳輸信道具有隨時間變化的特性。DTMB的信道估計僅取決于OFDM的當前符號，而 C—OFDM的信道估計需要4個連續的OFDM符號。因此，C—OFDM在移動情況下，要考慮4個OFDM符號的信道變化影響，而TDS—OFDM只需考慮1個OFDM符號的信道變化影響。DTMB系統更適于移動接收，其高速率傳輸模式下的移動性能居國際領先。

3.5 系統同步快

TDS—OFDM是靠PN序列進行同步的，僅在時域進行。信號捕獲時間約為幾個毫秒，相當于相鄰PN序列的時間間隔。而C—OFDM的同步技術實現復雜，信號捕獲時間需要上百毫秒。

3.6 單頻組網成本省

DVB-T需要借助傳輸層信號幀格式進行單頻網同步，其實現技術比較復雜。DTMB的物理層幀結構以整秒為單位，能夠直接用于單頻組網的同步，實現設備簡單，建網成本低。

4 結束語

以上總結了四種國際標準的技術特點，詳細介紹了我國數字電視標準在四種標準中的優點。由于我國的電視標準已成為世界標準，這對我們的電視走向世界具有很大的政治意義和巨大的經濟效益。

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